生物质快速热解制备化学品研究动力工程及工程热物理专业论文.docxVIP

摘要摘要 摘要 摘要 生物质直接快速热解液化获得的液体产物成分复杂，后续分离提纯困难。本文考虑建 立一种新的工艺体系，通过生物质原料选择、原料预处理以及催化剂添加等手段，结合热 解反应条件的调控，促进或抑制某些特定反应途径，初步实现对生物质热解定向控制，以 制备某些或某类高附加值化学品相对富集的液体产物。 首先是对木质纤维素类和蛋白质油脂类生物质，分别研究其热解产物化学组分分布。 分别对纤维素、木聚糖、磨木木质素(MWL)进行快速热解实验，重点讨论了三种 MWL热解组分分布。针叶MWL的热解产物以愈创木基酚类为主，另外还含有少量的对 羟苯基酚类，而阔叶MWL的热解产物从以愈创木基酚类和紫丁香基酚类为主，另外还有 少量的对羟苯基酚类，禾本MWL则三种均有。分别对蛋白质、油脂和微藻进行了快速热 解实验，考察热解产物的分布。蛋白质和油脂热解均生成了大量的烃类物质以及一定量的 酚类物质。蛋白质热解还生成了吡啶吡咯等含氮环状化合物和少量脱水糖类物质。 其次是原料预处理对热解产物组分分布的影响研究，分别对稻壳进行了酸洗和烘焙预 处理研究。 将稻壳进行盐酸酸洗预处理，再通过Py．GC—MS系统快速热解，并分析热解蒸气组 分。结果表明酸洗过程不仅影响了热解产物分布，还一定程度地影响了稻壳的热解反应温 度：酸洗处理后，低于600。C时，热解蒸气产物总峰面积相对未经处理时减少，而当热解 温度高于600。C时，酸洗处理后热解产物总峰面积增加。热解产物组分分析结果表明酸洗 处理后左旋葡聚糖(LG)以及糠醛(FF)的峰面积提高。酸洗后热解产物部分组分的变 化随着热解温度的变化呈现不同的趋势。在较低热解温度下，乙酸(AA)、2一甲氧基一苯 酚以及3．甲基一苯酚峰面积增加，而在较高的热解温度下则出现相对减少：通过具体产物 的组分分析可知酸洗处理后在较高温度热解条件下得到的总峰面积的增加主要是由半纤维 素及纤维素所贡献。此外，酸洗处理后热解得到了较高的脱水糖类产物产率，一方面酸洗 处理脱去了原料中大部分的金属元素，它们对脱水糖类组分具有催化作用，可促使其转化 形成小分子产物；另一方面酸洗过程可能有少量酸残余，它们的存在促使纤维素解聚催化 转化为脱水糖类产物。 将稻壳烘焙后使用Py—CC—MS研究烘焙温度对热解产物的影响。研究结果表明，随着 烘焙温度的升高会造成热解组分的种类有所减少，半纤维素对应的热解产物几乎完全消 失，这可能是因为半纤维素热解起始温度点较低，因而大部分半纤维素在烘焙过程失去， 而纤维素和木质素所受影响较小。 再次是催化剂的添加对热解产物分布的影响研究。 万方数据 摘要将城市污水处理厂的污泥干燥处理，在小型热解反应平台上开展沸石分子筛 摘要 将城市污水处理厂的污泥干燥处理，在小型热解反应平台上开展沸石分子筛 (HzSM一5)快速催化热解实验。结果表明：污泥热解产物组成主要为多种含氧和含氮化 合物；添加沸石分子筛催化剂后，热解蒸气产物主要为烃类物质(烯烃和芳香烃)和 CO。。以烯烃和芳香烃为目标产物，探讨热解温度和催化温度对烃类物质生成的影响，得 到不同热解条件下芳香烃和烯烃的产率及选择性。在500。C热解温度，600。C催化温度条 件下，烯烃和芳香烃产率总和达到最大，分别为24％和19％。污泥中的51％的N元素依 然保留在炭粉中，31．8％转化为了NH3。极少量的N元素转化成了有毒的HCN，在未来 污泥的热解工艺设计中需要考虑HCN的去除。另外，污泥热解炭粉中Na、Mg、Ca、K 和Fe无机金属含量亦较高，可作为农作物肥料使用。 由于沸石分子筛孔径较小，部分裂解大分子产物无法进去催化剂孔道中。为改善此问 题，本文采用两种方法：碱溶液脱Si扩孔和介孔微孔两段联合催化，促进热解大分子产 物的裂解。结果表明，以0．3 mol·L-1NaOH溶液脱Si改性处理后的HZSM一5芳香烃产率提 高，而其他浓度的碱溶液处理后的催化效果反而有所降低，说明碱溶液处理需适宜的温度 和碱处理时间的条。使用Pd／SBA一15催化剂与HZSM一5联合催化，相对HZSM一5单层催 化，单环芳烃的产率有所提高。 通过程序升温氮化方法制备金属氮化物(M02N／y—A1203)催化剂，将其和木质素一起 进行快速热解，研究热解产物分布。结果表明：金属氮化物催化剂可以有效促进木质素热 解蒸气中酚羟基的脱落和甲基的转化，含氧挥发性有机产品显著减少，而芳香烃则明显增 加，生成以苯、甲苯以及二甲苯为主的产物。制备芳香烃的最佳热解温度区间为700。C 左右。氮化物催化剂显示出很高的单环芳香烃选择性(MAHs95％)，而对于苯和甲苯， 随着温度的升高，脱甲基反应加剧，苯的选择性提高而而甲苯的选择性相应降低。 最后是针对三种工业废弃物：低次烟叶、造纸黑液以及废纸，研究其热解产物分布并 通过热解